ES2343205T3 - Dispositivo de carga rotativo para un horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento. - Google Patents

Dispositivo de carga rotativo para un horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento. Download PDF

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Guy Thillen
Jeannot Loutsch
Patrick Hutmacher
Emile Lonardi
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Abstract

Dispositivo de carga rotativo (10) para un horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento (12; 112; 212; 312; 412; 512; 612), en el que dicho dispositivo de carga rotativo comprende un soporte rotativo (14) para unos medios de distribución rotativos y un alojamiento estacionario (18) para dicho soporte rotativo; y en el que dicho sistema de enfriamiento comprende un circuito de enfriamiento rotativo (30; 130; 230; 330; 430; 530; 630) fijado en rotación con dicho soporte rotativo y un circuito de enfriamiento estacionario (32; 632) en dicho alojamiento estacionario; caracterizado porque presenta un dispositivo de transferencia de calor (40; 140; 240; 340; 440; 540; 640) que incluye un elemento de transferencia de calor estacionario (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644) configurado para enfriarse mediante un fluido de enfriamiento que fluye a través de dicho circuito de enfriamiento estacionario y que incluye un elemento de transferencia de calor rotativo (42; 142; 242; 342; 442; 542; 642) configurado para calentarse mediante un fluido de enfriamiento separado que se hace circular en dicho circuito de enfriamiento rotativo, estando dispuestos dichos elementos de transferencia de calor en relación enfrentada y presentando entre los mismos una zona de transferencia de calor (146; 246; 346; 446; 546; 646) para conseguir la transferencia de calor mediante convección y/o radiación a través de dicha zona sin mezclar dichos fluidos de enfriamiento separados.

Description

Dispositivo de carga rotativo para un horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento.
Introducción
La presente invención se refiere en general a un sistema de enfriamiento que equipa a un dispositivo de carga rotativo dispuesto en un horno de cuba tal como un alto horno metalúrgico.
En la actualidad, muchos hornos de cuba metalúrgicos, en particular los altos hornos, están provistos de un dispositivo de carga rotativo para alimentar material de carga al interior del horno. Un dispositivo de carga rotativo de este tipo está dispuesto normalmente en el tragante del horno y por tanto está expuesto por lo menos parcialmente a las altas temperaturas existentes dentro del horno durante el funcionamiento. Por consiguiente, es importante un enfriamiento eficaz de las partes expuestas del dispositivo de carga y especialmente de sus componentes de engranaje y accionamiento con el fin de evitar un daño, reducir las intervenciones de mantenimiento y aumentar la vida útil del dispositivo de carga. Existe una dificultad particular a la hora de llevar de manera eficaz el calor desde las partes rotativas del dispositivo de carga que en general son las más expuestas al calor del horno.
Un enfoque conocido para enfriar un dispositivo de carga consiste en inyectar un gas de enfriamiento inerte en el alojamiento del dispositivo de carga a una presión que supera la presión de funcionamiento en el tragante. Aunque presenta la ventaja de reducir la acumulación de polvo dentro del dispositivo de carga, este enfoque presenta una eficacia de enfriamiento muy limitada. Este enfoque se ha descrito por ejemplo en el documento JP 55 021577 A.
El documento EP 0 116 142 da a conocer un aparato de enfriamiento por agua para un dispositivo de carga de un horno de cuba, particularmente para un dispositivo de carga que presenta un conducto rotativo con inclinación variable. Este aparato de enfriamiento comprende un tanque de alimentación anular que está unido a la parte superior de una carcasa rotativa y puede moverse con la carcasa. El tanque está provisto de por lo menos una abertura mediante la que el agua se alimenta por gravedad desde el tanque a través de múltiples serpentines de enfriamiento colocados alrededor de una camisa rotativa. Un tanque colector recibe el agua que fluye desde los serpentines. La camisa rotativa soporta el conducto rotativo y también actúa como estructura de separación entre el interior del horno y las partes componentes del dispositivo de carga. Este aparato de enfriamiento por agua proporciona una eficacia de enfriamiento mejorada de manera significativa a través de enfriamiento por gas inerte. Sin embargo, una desventaja de este aparato de enfriamiento se debe al hecho de que el circuito de agua de enfriamiento requerido está parcialmente abierto respecto al entorno, es decir, en el tanque de alimentación y el tanque colector. Por consiguiente, ocurre que se contamina el agua de enfriamiento, por ejemplo: con partículas finas y polvo del horno. Por tanto, se requiere una instalación especial para el tratamiento de agua de enfriamiento utilizada. Utilizando inyección de gas inerte puede reducirse este problema, pero no eliminarse completamente.
El documento WO99/28510 describe un dispositivo que presenta una junta rotativa en forma de anillo con una parte en forma de anillo fija y una parte en forma de anillo rotativa para suministrar líquido de enfriamiento a serpentines de enfriamiento rotativos. La mejora según el documento WO99/28510 consiste esencialmente en alimentar la parte fija de la junta rotativa con líquido de enfriamiento en exceso, de modo que se produzca un flujo de escape. Este flujo de escape pasa por una ranura de separación entre la parte fija y la rotativa de la junta rotativa para formar una junta de líquido en esta ranura. Como resultado, se elimina o reduce de manera significativa la contaminación del líquido de enfriamiento. Sin embargo, esta solución requiere una construcción de junta en forma de anillo relativamente elaborada y por tanto cara. Desafortunadamente, los elementos de junta están sometidos a un desgaste considerable y por tanto requieren una sustitución frecuente y que requiere mucho trabajo.
Objetivo de la invención
Por consiguiente, el objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un sistema de enfriamiento eficaz que equipa a un dispositivo de carga rotativo para un horno de cuba, que elimina la necesidad de una junta compleja, cara y propensa a mantenimiento entre la parte estacionaria y la rotativa del dispositivo de carga:
Descripción general de la invención
Para conseguir este objetivo, la presente invención propone un dispositivo de carga rotativo para un horno de cuba, que está provisto de un sistema de enfriamiento, en el que el dispositivo de carga rotativo comprende un soporte rotativo para medios de distribución rotativos así como un alojamiento estacionario para el soporte rotativo, y en el que el sistema de enfriamiento comprende un circuito de enfriamiento rotativo fijado en rotación con el soporte rotativo así como un circuito de unión estacionario en el alojamiento estacionario. Según un aspecto importante de la invención, se proporciona un dispositivo de transferencia de calor que incluye un elemento de transferencia de calor estacionario configurado para enfriarse mediante un fluido de enfriamiento que fluye a través del circuito de enfriamiento estacionario y que incluye un elemento de transferencia de calor rotativo configurado para calentarse mediante un fluido de enfriamiento independiente que se hace circular en el circuito de enfriamiento rotativo. Estos elementos de transferencia de calor están dispuestos en relación enfrentada y presentan entre los mismos una zona de transferencia de calor para conseguir la transferencia de calor mediante convección y/o radiación a través de la zona de transferencia de
calor sin mezclar los fluidos de enfriamiento independientes de los circuitos de enfriamiento rotativo y estacionario.
En el dispositivo de transferencia de calor, los elementos de transferencia de calor rotativo y estacionario están separados por un pequeño hueco o intervalo que forma la zona a través de la que se produce la transferencia de calor. El dispositivo de transferencia de calor permite la transferencia de calor entre el circuito de enfriamiento rotativo y estacionario mientras que también proporciona una separación de fluido entre estos últimos circuitos. Por tanto, se elimina completamente la necesidad de una junta rotativa entre los circuitos. De hecho, el principio establecido durante mucho tiempo de una conexión de fluido entre los circuitos de enfriamiento se vuelve obsoleto en virtud del dispositivo de transferencia de calor según la invención. Además también se elimina la necesidad de intervenciones de mantenimiento relativamente frecuentes, relacionadas con sustituir las partes de desgaste de la junta rotativa o con limpiar los serpentines de enfriamiento rotativos.
Preferentemente, el circuito de enfriamiento rotativo está configurado como circuito cerrado. Como resultado de una disposición de recirculación cerrada, el líquido de enfriamiento utilizado en el circuito de enfriamiento rotativo puede someterse a presión para aumentar su punto de vaporización. De hecho, en los sistemas de enfriamiento de la técnica anterior, la aplicación de presión significativa no puede realizarse o bien porque el circuito no está completamente cerrado (véase el documento EP 0 116 142) o bien porque se produciría una pérdida inaceptable de líquido de enfriamiento a través de la junta rotativa (véase el documento WO99/28510). Debido a la inexistencia de pérdida de líquido ni contaminación, puede entonces utilizarse un fluido de enfriamiento más caro en el circuito de enfriamiento rotativo. Al eliminar el riesgo de depósitos producidos por evaporación, tanto la sobrepresión como un fluido adecuado permiten una temperatura de funcionamiento mayor del circuito de enfriamiento rotativo. Además, puesto que no hay necesidad de mantener un flujo puramente gravitacional del líquido de enfriamiento para garantizar un enfriamiento suficiente, puede aceptarse una caída de presión mayor en el circuito de enfriamiento rotativo. Como resultado se reducen las limitaciones constructivas y los costes.
En una primera configuración, el circuito de enfriamiento rotativo puede configurarse como circuito de convección natural de bucle cerrado. En una segunda configuración el circuito de enfriamiento rotativo puede comprender por lo menos un tubo térmico. Estas configuraciones presentan una construcción relativamente sencilla sin necesidad de partes accionadas ni suministro de energía mientras garantizan una eficacia de enfriamiento razonable. Además, estas configuraciones son de mantenimiento sencillo, requiriendo, en todo caso, pocas intervenciones de servicio.
En una tercera configuración, el circuito de enfriamiento rotativo puede configurarse como circuito de convección forzada de bucle cerrado. En una cuarta configuración, el circuito de enfriamiento rotativo está configurado como ciclo de refrigeración por compresión de vapor de bucle cerrado y en una quinta configuración el circuito de enfriamiento rotativo está configurado como unidad de enfriamiento de adsorción. Estas configuraciones requieren algunas partes accionadas e impulsadas tales como una bomba o un compresor y posiblemente válvulas de control. Aunque cada una de estas últimas construcciones es más cara en comparación con las dos primeras configuraciones, proporcionan un aumento adicional de la eficacia de enfriamiento mientras que todavía requieren poco mantenimiento. Tal como se apreciará, una configuración de ciclo cerrado con circulación forzada permite un aumento considerable de la velocidad del fluido de enfriamiento en comparación con un enfriamiento por flujo gravitacional (que se conoce por los documentos EP 0 116 142 y WO99/28510) con la mejora resultante de la eficacia de enfriamiento. Aunque generalmente no se requiere, el sistema de enfriamiento podría comprender también una combinación de dos o más de estas configuraciones.
La impulsión de la bomba o el compresor puede conseguirse mecánicamente mediante un mecanismo accionado mediante la rotación del soporte rotativo. De manera alternativa o complementaria, la impulsión puede conseguirse eléctricamente o bien mediante una batería alimentada por un generador accionado mediante la rotación del soporte rotativo, mediante contactos deslizantes o mediante transferencia de corriente inductiva sin contacto.
Se apreciará que, en virtud del dispositivo de transferencia de calor que proporciona una separación de fluido entre el circuito de enfriamiento rotativo y estacionario, se elimina la contaminación de cualquier líquido de enfriamiento en los circuitos de enfriamiento rotativo y estacionario. Por tanto, no resulta necesaria una instalación de tratamiento. Además, el circuito de enfriamiento estacionario puede disponerse como parte solidaria de un circuito de enfriamiento de bucle cerrado del horno de cuba para llevar el calor transferido al elemento de transferencia de calor estacionario. Los hornos de cuba, en particular los altos hornos, están provistos mayoritariamente de un sistema de enfriamiento de ciclo cerrado, por ejemplo para enfriar la carcasa del horno. Por tanto, el coste total del sistema de enfriamiento que equipa al dispositivo de carga es considerablemente reducido, tanto al eliminar la instalación de tratamiento como al aprovechar la infraestructura existente.
Para proporcionar una superficie de transferencia de calor sustancial en el dispositivo de transferencia de calor, es ventajoso que por lo menos un rebaje esté previsto en el elemento de transferencia de calor estacionario o rotativo y que por lo menos un saliente correspondiente esté previsto en el elemento de transferencia de calor estacionario o rotativo. Este rebaje y este saliente se ajustan entre sí para conferir una sección transversal vertical en serpenteo a la zona de transferencia de calor y por tanto aumentan las superficies enfrentadas yuxtapuestas totales de los elementos de transferencia de calor. Tal como se apreciará, puede proporcionarse una pluralidad de rebajes y salientes que penetren unos en otros o se entrelacen para aumentar adicionalmente la superficie de transferencia de calor eficaz.
En otra construcción sencilla que proporciona una superficie de transferencia de calor sustancial, el elemento de transferencia de calor rotativo y el elemento de transferencia de calor estacionario comprenden cada uno una parte de base anular y por lo menos un saliente que sobresale de manera transversal de la parte de base, estando dispuestos los salientes en relación enfrentada y ajustándose entre sí para conferir una sección transversal vertical en serpenteo a la zona de transferencia de calor.
Preferentemente, la zona de transferencia de calor está rellena por lo menos parcialmente con un líquido térmicamente conductor para aumentar la eficacia de transferencia de calor. En una disposición ventajosa adicional, por lo menos un saliente de dicho elemento de transferencia de calor rotativo y/o dicho elemento de transferencia de calor estacionario comprende medios para agitar dicho líquido térmicamente conductor. La turbulencia del líquido permite aumentar adicionalmente la transferencia de calor alcanzable. Preferentemente, el ancho transversal de la zona de transferencia de calor está en el intervalo de 0,5-3 mm.
Además, el circuito de enfriamiento rotativo puede comprender una parte de circuito para enfriar un conducto de distribución rotativo soportado mediante el soporte rotativo, que es uno de los componentes más expuestos de un dispositivo de carga del tipo denominado BELL LESS TOP (tragante sin campana).
Puesto que el sistema de enfriamiento es fácilmente adecuado para su utilización en un alto horno, la invención también se refiere a un alto horno que comprende un dispositivo de carga equipado con un sistema de enfriamiento tal como se describió anteriormente.
Breve descripción de las figuras
La presente invención resultará evidente a partir de la descripción de diversas formas de realización no limitativas siguientes haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que se utilizan números de referencia idénticos o números de referencia con dígito incrementado en cien para indicar elementos idénticos o similares a lo largo de la presente memoria. En estos dibujos
la figura 1: es una vista en sección transversal vertical parcial de un dispositivo de carga para un horno de cuba equipado con un sistema de enfriamiento según la invención;
la figura 2: es una vista en sección transversal vertical de un dispositivo de transferencia de calor que comprende un elemento de transferencia de calor rotativo y uno estacionario para su utilización en el sistema de enfriamiento de la figura 1;
la figura 3: es una vista en sección transversal vertical de un dispositivo de transferencia de calor alternativo;
la figura 4: es una vista en sección transversal vertical de otro dispositivo de transferencia de calor alternativo;
la figura 5: es una vista en sección transversal vertical de otro dispositivo más de transferencia de calor alternativo;
la figura 6: es un diagrama esquemático de una primera configuración de un circuito de enfriamiento rotativo para su utilización en el sistema de enfriamiento según la figura 1;
la figura 7: es un diagrama esquemático de una segunda configuración de un circuito de enfriamiento rotativo;
la figura 8: es un diagrama esquemático de una tercera configuración de un circuito de enfriamiento rotativo;
la figura 9: es un diagrama esquemático de una cuarta configuración de un circuito de enfriamiento rotativo;
la figura 10: es un diagrama esquemático de una quinta configuración de un circuito de enfriamiento rotativo;
la figura 11: es una vista en sección transversal vertical parcial de un dispositivo de carga para un horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento alternativo según la invención;
la figura 12: es una vista en sección transversal vertical ampliada del dispositivo de transferencia de calor en el sistema de enfriamiento de la figura 11;
la figura 13: es una vista isométrica parcial del dispositivo de transferencia de calor en la figura 12;
la figura 14: es una vista isométrica explosionada según la figura 13;
la figura 15: es una vista en sección transversal vertical diferente del dispositivo de transferencia de calor en el sistema de enfriamiento de la figura 11, que representa una tobera de suministro;
la figura 16: es una vista parcial según la figura 15, que representa una tobera de drenaje;
la figura 17: es una vista parcial según la figura 15, que representa una tobera de limpieza.
Descripción detallada con respecto a las figuras
La figura 1 representa parcialmente un dispositivo de carga rotativo, generalmente identificado mediante el número de referencia 10, para un alto horno. El dispositivo de carga rotativo 10 está provisto de un sistema de enfriamiento 12 para enfriar los componentes calentados por la temperatura de proceso dentro del horno. En el dispositivo de carga 10, un soporte 14 rotativo actúa para soportar un conducto 16 rotativo. El conducto 16 rotativo está unido al soporte 14 rotativo mediante una suspensión para variar el ángulo de inclinación del conducto 16 rotativo. El dispositivo de carga rotativo 10 comprende además un alojamiento 18 estacionario en el que está dispuesto el soporte 14 rotativo. El alojamiento 18 estacionario comprende un canal de alimentación central fijo 20 que está dispuesto en el eje A central del horno. Durante el procedimiento de carga, de una manera en sí conocida, se alimenta material a granel a través del canal de alimentación 20, a través del alojamiento 18 estacionario y el soporte 14 rotativo, sobre el conducto 16 rotativo mediante el que se distribuye dentro del horno según la inclinación y rotación del conducto 16.
Excepto por el sistema de enfriamiento 12, se conoce la propia configuración del dispositivo de carga 10 y comúnmente se denomina BELL LESS TOP^{TM} (BLT). En la figura 1 no se muestran diversos componentes estacionarios y rotativos conocidos del dispositivo de carga 10, tales como componentes de accionamiento y de engranaje. Éstos se describen en detalle por ejemplo en el documento US nº 3.880.302.
Tal como se observa en la figura 1, el soporte 14 está montado de manera rotativa respecto al eje A, dentro del alojamiento 18 estacionario mediante un cojinete 22. El soporte 14 rotativo presenta una configuración esencialmente anular con un paso central para material a granel en prolongación del canal de alimentación central 20. Comprende una parte de pared interna cilíndrica 24 adyacente al canal de alimentación central 20, una parte de reborde inferior 26 para soportar el conducto 16 y una parte de reborde superior 28 en la que está montado el cojinete 22. El alojamiento 18 estacionario y el soporte 14 rotativo constituyen el revestimiento del dispositivo de carga rotativo 10. Además, forman el cierre superior en el tragante de un alto horno no representado por completo en la figura 1.
Tal como se representa además en la figura 1, el sistema de enfriamiento 12 comprende un circuito de enfriamiento rotativo 30 fijado en el soporte 14 rotativo y un circuito de enfriamiento estacionario 32 (sólo representado parcialmente) en el alojamiento 18 estacionario. Durante el funcionamiento, el circuito de enfriamiento rotativo 30 rota con el soporte 14 mientras que el circuito de enfriamiento estacionario 32 permanece estacionario con el alojamiento 18. El circuito de enfriamiento rotativo 30 está dispuesto en contacto térmico con la parte de pared interna 24 y la parte de reborde inferior 26, en el lado opuesto al paso para el material a granel para garantizar el enfriamiento de aquellas partes del dispositivo de carga 10, que están expuestas al calor del horno. Además, también proporciona enfriamiento de los componentes de accionamiento y de engranaje (no representados) del dispositivo de carga 10.
Durante el funcionamiento, el sistema de enfriamiento 12 lleva el calor acumulado por el circuito de enfriamiento rotativo 30 a través del circuito de enfriamiento estacionario 32. Para este fin, como se aprecia en la figura 1, el sistema de enfriamiento 12 comprende un dispositivo de transferencia de calor 40 que conecta de manera térmica el circuito de enfriamiento rotativo 30 con el circuito de enfriamiento estacionario 32. El dispositivo de transferencia de calor 40 comprende un elemento de transferencia de calor rotativo 42, que está unido al soporte 14 rotativo en la parte de reborde superior 28, y un elemento de transferencia de calor estacionario 44, que está unido por debajo de la cubierta superior del alojamiento 18 estacionario. El elemento rotativo 42 está conectado a y forma parte del circuito de enfriamiento rotativo 30 y el elemento estacionario 44 está conectado a y forma parte del circuito de enfriamiento estacionario 32. Durante el funcionamiento, el elemento de transferencia de calor estacionario 44 se enfría mediante un fluido de enfriamiento que fluye a través del circuito de enfriamiento estacionario 32 mientras que el elemento de transferencia de calor rotativo 42 se calienta mediante un fluido de enfriamiento independiente que se hace circular en el circuito de enfriamiento rotativo 30, tal como se detallará a continuación. Para permitir la rotación libre de obstáculos del elemento rotativo 42 con respecto al elemento estacionario 44, los elementos 42, 44 están separados por un espacio abierto relativamente pequeño que define una zona de transferencia de calor. Tal como se apreciará, los elementos 42, 44 están dispuestos en relación enfrentada, es decir, yuxtapuestos pero sin contacto. Debido a la caída de temperatura entre los elementos 42, 44 durante el funcionamiento, se consigue una transferencia de calor eficaz del circuito de enfriamiento rotativo 30 al circuito de enfriamiento estacionario 32 a través de la zona de transferencia de calor mediante convección y/o radiación en el medio entre los elementos 42, 44. Se apreciará que no se produce un mezclado de los respectivos fluidos de enfriamiento del circuito de enfriamiento estacionario 32 y rotativo 30, es decir, la transferencia de calor se produce sin intercambio de fluido de enfriamiento entre estos últimos. A partir de la figura 1 resulta evidente que los elementos rotativo y estacionario 42, 44 presentan una configuración rotacionalmente simétrica centrada en el eje de rotación A. Aunque no se muestra en sección transversal horizontal, los elementos 42 y 44 están dispuestos como anillo circular, que se extiende esencialmente por toda la circunferencia alrededor del eje A, para maximizar la transferencia de calor. Los elementos 42 y 44 presentan perfiles coincidentes ajustándose entre sí tanto en una proyección vertical (radialmente) como en una proyección horizontal (circunferencialmente).
Los elementos de transferencia de calor 42, 44 proporcionan una separación de fluido entre los circuitos de enfriamiento rotativo y estacionario 30, 32 de modo que los fluidos de enfriamiento de los últimos no se mezclan. Además, los elementos de transferencia de calor 42, 44 permiten configurar cada uno del circuito de enfriamiento rotativo 30 y el circuito de enfriamiento estacionario 32 en una configuración de ciclo cerrado tal como se detallará a continuación. Aunque el sistema de enfriamiento 12 se describe en la presente memoria en el contexto de un dispositivo de carga 10 de tipo BLT en un alto horno, también puede utilizarse en conexión con otros tipos de dispositivos de carga rotativos para hornos de cuba.
Haciendo referencia a las figuras 2-5, se detallarán a continuación algunas variantes de elementos de transferencia de calor adecuados. A lo largo de la descripción, pueden omitirse las características que se repiten de una variante previamente descrita.
La figura 2 representa con mayor detalle una primera variante de un dispositivo de transferencia de calor 140 que comprende un elemento de transferencia de calor rotativo 142 y un elemento de transferencia de calor estacionario 144. En la variante de la figura 2, el elemento rotativo 142 comprende un rebaje vertical 143 al interior del cual se extiende un saliente vertical conjugado 145 del elemento estacionario 144. Por tanto, el elemento rotativo 142 presenta una sección transversal vertical generalmente con forma de U mientras que el elemento estacionario 144 presenta una sección transversal vertical generalmente con forma de T. Ambos elementos yuxtapuestos 142 y 144, en particular el saliente 143 y el rebaje 145, están dimensionados para coincidir de modo que exista una zona de transferencia de calor relativamente pequeña 146 con un ancho transversal aproximadamente uniforme entre sus superficies de transferencia de calor respectivas 148 y 150. El ancho transversal de la zona de transferencia de calor 146 se establece según la tolerancia de movimiento vertical y horizontal de los componentes rotativos del dispositivo de carga 10, y según la tolerancia debida a una dilatación térmica diferente, que en conjunto están normalmente en el orden de algunas décimas de milímetros en dirección vertical y horizontal. Por tanto, una zona 146 de ancho transversal uniforme relativamente pequeño (por ejemplo 1 mm), garantiza la rotación libre de obstáculos sin comprometer la transferencia de calor. No obstante también son posibles anchos transversales horizontales y verticales diferentes dependiendo de los requisitos reales del dispositivo de carga 10. Tal como se observa en la sección transversal vertical de la figura 2, las formas conjugadas complementarias de los elementos enfrentados 142 y 144, producen un serpenteo en la sección transversal vertical de la zona 146 que proporciona un área eficaz relativamente grande de las superficies de transferencia de calor 148 y 150. Cuando se requiere y no lo impiden restricciones de construcción, esta área puede aumentarse adicionalmente, por ejemplo aumentando el radio de los elementos anulares 142 y 144, tal como se detalla a continuación con respecto a las figuras 11-17, y/o mediante un serpenteo adicional tal como se detalla a continuación con respecto a las figuras 4 y 5.
Tal como se observa en la figura 2, cada elemento de transferencia de calor 142, 144 comprende canales internos 152 respectivamente 154 para un fluido de enfriamiento. Tal como es evidente por la figura 1, cada canal interno 152 ó 154 forma parte del circuito de enfriamiento rotativo 30 o estacionario 32, respectivamente. Para aumentar la eficacia de la transferencia térmica, la parte de cuba inferior de la zona 146 se rellena con un fluido 156 de acoplamiento térmico, que en la figura 2 representa un líquido conductor de calor, tal como agua o un líquido altamente conductor con una capacidad de lubricación y un punto de vaporización elevados. También podría utilizarse como fluido de acoplamiento un fluido semilíquido con alta viscosidad tal como una grasa térmicamente conductora. Utilizando agua como fluido 156 de acoplamiento térmico, puede conseguirse una transferencia de calor de aproximadamente 20.000 W/(m^{2}) durante la rotación y 6.000 W/(m^{2}) en reposo a través de una zona de transferencia de calor de 1 mm de ancho transversal. Estos valores suponen una velocidad de rotación relativa de 0,8 m/s y una caída de temperatura \DeltaT de 40ºC entre los elementos 142, 144. Por consiguiente, el dispositivo de transferencia de calor 140 garantiza una transferencia de calor eficaz del circuito de enfriamiento rotativo 30 al circuito de enfriamiento estacionario 32 sin intercambio de fluido de enfriamiento entre los mismos. Dependiendo del tipo de líquido 156, se proporcionan una detección de nivel, una línea de llenado controlada mediante la detección de nivel y que conduce a la parte inferior de la zona 146 y un depósito de suministro desde el que alimenta la línea de llenado (no representado) para compensar automáticamente la posible evaporación del líquido 156.
La figura 3 representa una segunda variante de un dispositivo de transferencia de calor 240 que comprende un elemento de transferencia de calor rotativo y estacionario 242 y 244. En la figura 3, se proporciona un rebaje horizontal 245 en el elemento estacionario 244. El elemento de transferencia de calor rotativo 242 comprende un saliente horizontal 243 conjugado con el rebaje 245 y que se extiende al interior de este último. Los elementos yuxtapuestos 242 y 244, en particular el saliente 243 y el rebaje 245, forman una zona de transferencia de calor en serpenteo 246 de ancho transversal uniforme. Sin medidas adicionales, la variante según la figura 3 no permite rellenar la zona de transferencia de calor 246 con un fluido de acoplamiento líquido aunque incluso el aire como fluido de acoplamiento térmico puede garantizar una transferencia de calor suficiente de los canales internos primero a segundo 252 y 254 dependiendo del área eficaz total de sus superficies de transferencia de calor respectivas 248 y 250. De hecho, durante la rotación relativa de los elementos 242 y 244, puede conseguirse una transferencia de calor de aproximadamente 2.000 W/(m^{2}) a través de una zona de transferencia de calor rellena de aire de 1 mm de ancho transversal con las suposiciones anteriores (velocidad de rotación: 0,8 m/s y \DeltaT de 40ºC). En comparación, en reposo puede conseguirse una transferencia de calor de sólo 600 W/(m^{2}) aproximadamente. Sin embargo, la fase crítica es generalmente durante el funcionamiento cuando hay una rotación relativa la mayor parte del tiempo. El dispositivo de transferencia de calor 240 según la figura 3 puede resultar preferido debido a restricciones de construcción por ejemplo cuando el desmontaje del dispositivo de carga 10 es imposible con una configuración según la figura 2.
La figura 4 representa una tercera variante de un dispositivo de transferencia de calor 340 con elementos de transferencia de calor rotativo y estacionario 342 y 344. Tal como se observa en la figura 4, el elemento rotativo 342 comprende tanto una pluralidad de rebajes 343 como salientes 343' verticales. El elemento estacionario 344 comprende asimismo tanto una pluralidad de salientes 345 como rebajes 345' verticales. En la práctica, esta configuración puede obtenerse por ejemplo, mecanizando muescas anulares de sección transversal rectangular a intervalos adecuados en un anillo macizo de metal conductor de calor para cada elemento. Los salientes 345; 343' y los rebajes 343; 345' presentan una forma conjugada y están dispuestos para entrelazarse. Se consigue un serpenteo extenso de la zona de transferencia de calor intermedia 346 entre los elementos yuxtapuestos 342 y 344 mediante estos salientes 345; 343' y rebajes 343; 345' conjugados. Por consiguiente se aumenta el área eficaz de las superficies de transferencia de calor 348 y 350 sin un aumento considerable del tamaño de los elementos de transferencia de calor 342, 344. El elemento de transferencia de calor estacionario 344 comprende además una pluralidad de canales distribuidos circunferencialmente 358 para descargar gas.
La figura 5 representa una cuarta variante de un dispositivo de transferencia de calor 440. De manera análoga a las variantes anteriores, los elementos de transferencia de calor rotativo 442 y estacionario 444 están dispuestos en relación enfrentada y se ajustan entre sí de manera estrecha mediante interpenetración, para crear una zona de transferencia de calor en serpenteo 446 de ancho transversal pequeño entre los mismos. El dispositivo de transferencia de calor 440 difiere de la variante anterior esencialmente en tres aspectos. En primer lugar, el elemento de transferencia de calor rotativo 442 comprende paredes 460 laterales anulares que delimitan radialmente la zona 446 y que superan en altura los salientes 443' y 445 y rebajes 443 y 445' que se entrelazan. Por tanto, las paredes 460 laterales crean una cuba que contiene los salientes y rebajes que se entrelazan. Como resultado, la zona 446 puede rellenarse casi por completo con un líquido de acoplamiento 456. En segundo lugar, unos canales de descarga 462 están dispuestos en el elemento de transferencia de calor rotativo 442 para sustituir el líquido térmicamente conductor 456. Los canales de descarga 462 están distribuidos circunferencialmente en el elemento rotativo anular 442, estando asociado por lo menos un canal de descarga 462 a cada rebaje 443. En tercer lugar, unos canales de purga de aire 464 están dispuestos en el elemento estacionario 444 y conectados a cada rebaje 445'. Los canales de purga de aire 464 también pueden utilizarse para limpiar la zona 446 mediante limpieza con gas o líquido, una vez que el líquido 456 se ha descargado. Tal como se apreciará, debido al serpenteo extenso de la zona 446, el área eficaz de las superficies de transferencia de calor 448, 450 es significativamente más grande que con superficies opuestas planas.
Haciendo referencia a las figuras 6-10, se detallarán a continuación algunas configuraciones de sistemas de enfriamiento según la invención, en particular del circuito de enfriamiento rotativo. A continuación pueden omitirse las características repetidas ya mencionadas anteriormente.
En las figuras 6-9, el dispositivo de transferencia de calor se identifica mediante el número de referencia 40, aunque son igualmente aplicables las variantes 140, 240, 340 y 440. Además, el circuito de enfriamiento estacionario se identifica mediante el número de referencia 32 a lo largo de todas las figuras 6-10. Debido a los elementos de transferencia de calor 42, 44, el circuito de enfriamiento estacionario 32 carece de cualquier abertura hacia el entorno en las realizaciones preferidas. Esto permite la integración del circuito de enfriamiento estacionario 32 con el sistema de enfriamiento por agua blanda de circuito cerrado del alto horno (no mostrado). De forma similar, el circuito de enfriamiento rotativo está dispuesto como ciclo de recirculación cerrado. Por tanto ya no es necesaria una instalación cara para el tratamiento del líquido de enfriamiento utilizado en el sistema de enfriamiento para el dispositivo de carga 12. El tipo de fluido de enfriamiento utilizado en el circuito de enfriamiento rotativo dependerá del diseño respectivo como resultará evidente a continuación.
Una primera configuración de un sistema de enfriamiento 112 está representada de manera muy esquemática en la figura 6. El circuito de enfriamiento rotativo 130, está configurado como circuito de convección natural de bucle cerrado y conectado al dispositivo de transferencia de calor 40. El sistema de enfriamiento 112 comprende unos tubos de enfriamiento helicoidales 170 en contacto térmico con las partes más expuestas del dispositivo de carga 10 (por ejemplo la parte de pared interna 24 y la parte de reborde inferior 26) y un depósito 172 de expansión, para permitir la aplicación de presión al fluido de enfriamiento para aumentar su punto de vaporización. La circulación de líquido de enfriamiento, por ejemplo agua blanda desmineralizada, se produce en el sistema de enfriamiento 112 mediante convección natural producida mediante calentamiento del líquido de enfriamiento en las partes rotativas expuestas y mediante enfriamiento del líquido de enfriamiento en el elemento de transferencia de calor rotativo 42. Es evidente por la figura 6 que durante el funcionamiento, el elemento de transferencia de calor estacionario 44 se enfría mediante un fluido de enfriamiento que fluye a través del circuito de enfriamiento estacionario 32 mientras que el elemento de transferencia de calor rotativo 42 se calienta mediante el fluido de enfriamiento independiente que se hace circular en el circuito de enfriamiento rotativo 130. La caída de temperatura resultante entre los elementos 42, 44 produce la transferencia de calor deseada en el dispositivo de transferencia de calor 40.
La figura 7 representa una segunda configuración de un sistema de enfriamiento 212 que difiere de la configuración anterior en que el circuito de enfriamiento rotativo 230 está configurado como circuito de convección forzada de bucle cerrado. Siendo otras partes similares a la primera configuración, el sistema de enfriamiento 212 comprende una bomba de circulación 274 dispuesta aguas abajo del dispositivo de transferencia de calor 40 para garantizar la recirculación forzada del líquido de enfriamiento, por ejemplo agua blanda desmineralizada, utilizado en el circuito de enfriamiento rotativo 230. Puede conseguirse un suministro de energía eléctrica para la bomba de circulación 274 mediante diversos aparatos tales como anillos colectores de contacto deslizante o una disposición de generador-batería (el generador montado en el soporte 14 y accionado mediante la rotación de este último), o transferencia de corriente inductiva sin contacto (no mostrada). Alternativamente, la bomba de circulación 274 puede impulsarse también mecánicamente mediante un mecanismo accionado mediante la rotación del soporte 14 rotativo tal como se describe en el documento LU 84520.
La figura 8 representa una tercera configuración de un sistema de enfriamiento 312. En comparación con las demás configuraciones dadas a conocer en la presente memoria, el circuito de enfriamiento rotativo 330 según la figura 8 comprende una pluralidad de tubos térmicos 376 que en sí mismos se conocen bien. La parte caliente (inferior) de cada tubo térmico 376 está dispuesta en contacto térmico con los componentes rotativos expuestos del dispositivo de carga 10, mientras que la parte fría (superior) de los tubos térmicos 376 está dispuesta en contacto térmico con el elemento de transferencia de calor rotativo 42. Por consiguiente, los tubos térmicos 376 pueden presentar una forma curvada ajustada a la construcción interna del dispositivo de carga 10. Debido a los tubos térmicos 376, la parte rotativa del sistema de enfriamiento 312 es completamente pasiva, es decir, no hay partes mecánicas y no se requiere energía para transportar el calor desde las partes que van a enfriarse hasta el elemento de transferencia de calor rotativo 42.
No obstante, debido a la cantidad significativa de energía implicada en el calor latente, los tubos térmicos 376 son muy eficaces para la transferencia de calor.
La figura 9 representa una cuarta configuración de un sistema de enfriamiento 412, en el que el circuito de enfriamiento rotativo 430 está configurado como un ciclo de refrigeración por compresión de vapor de bucle cerrado que utiliza un refrigerante adecuado, por ejemplo del tipo de hidrocarburo halogenado. Los tubos de enfriamiento helicoidales 470, dispuestos en contacto térmico con las partes que van a enfriarse, representan el evaporador del ciclo de refrigeración. Un compresor 474 aguas arriba del dispositivo de transferencia de calor 40 aumenta la presión del vapor producido en los tubos de enfriamiento helicoidales 470 que a continuación se condensa en el elemento rotativo 42, que representa el condensador. El fluido de enfriamiento condensado se expande hasta la presión del evaporador mediante un dispositivo de expansión 478 aguas abajo del elemento rotativo 42. Cualquiera de los aparatos mencionados en relación con la segunda configuración puede servir como suministro de energía para el compresor 474.
La figura 10 representa una quinta configuración de un sistema de enfriamiento 512, en el que el circuito de enfriamiento rotativo 530 está configurado como unidad de adsorción basándose en el ciclo de adsorción para el enfriamiento. La unidad de adsorción 530, dispuesta como ciclo cerrado dividido en dos partes, comprende un adsorbedor con un adsorbente sólido, y un condensador para un adsorbato líquido/gaseoso, dispuestos ambos dentro del elemento rotativo 542 de un dispositivo de transferencia de calor modificado 540. El evaporador para el adsorbato, está formado por tubos de enfriamiento helicoidales 570 dispuestos en contacto térmico con las partes que van a enfriarse. Un sistema de calentamiento formado por tubos de calentamiento helicoidales adicionales 580 está dispuesto en la parte de reborde inferior rotativa 26 para enfrentarse al interior del alto horno. Los dos circuitos de tubos 570 y 580 están conectados al dispositivo de transferencia de calor 540. De manera conocida, la unidad de adsorción 530 proporciona un enfriamiento intermitente pasando a través de cuatro periodos diferentes durante un ciclo. Tal como se indica esquemáticamente en la figura 10, los tubos de enfriamiento helicoidales 570 están dispuestos fuera del horno en la parte de reborde inferior 26 y/o la parte de pared interna 24 mientras que los tubos de calentamiento helicoidales 580 están dispuestos en el lado opuesto, es decir dentro del horno.
Por consiguiente, el dispositivo de transferencia de calor 540 en esta quinta configuración presenta la triple función de llevar el calor tomado por los tubos de enfriamiento helicoidales 570 y de actuar como adsorbedor y condensador de la unidad de adsorción 530. El ciclo intermitente, es decir el paso a través de los diferentes periodos de la unidad de adsorción 530 (calentamiento y aplicación de presión -> desorción y condensación -> enfriamiento y eliminación de presión -> enfriamiento y adsorción) se controla mediante unas primera y segunda bombas 574 y 574' y válvulas dispuestas de manera apropiada (no representadas). La energía mecánica/eléctrica para estos últimos componentes se proporciona mediante cualquiera de los aparatos mencionados anteriormente haciendo referencia a la segunda configuración. Aunque no se muestra en los dibujos, los expertos en la materia apreciarán que puede concebirse una configuración diferente basándose en un ciclo de adsorción con regeneración térmica para un funcionamiento casi continuo del condensador y el evaporador y por tanto un enfriamiento casi continuo. Sin embargo, una configuración de este tipo requiere partes adicionales entre las que se encuentra en particular una segunda unidad de adsorción, que debe hacerse funcionar fuera de fase en comparación con la primera unidad de adsorción.
La figura 11 representa una forma de realización alternativa de un sistema de enfriamiento 612 según la invención, en un dispositivo de carga 10 instalado en la parte superior de un alto horno. Siendo otras partes similares, a continuación sólo se detallarán las diferencias con respecto a la forma de realización mostrada en la figura 1.
Tal como se observa en la figura 11, el sistema de enfriamiento 612 también comprende un dispositivo de transferencia de calor 640 con un elemento de transferencia de calor rotativo 642 y un elemento de transferencia de calor estacionario 644. En la configuración según la figura 11, el dispositivo de transferencia de calor 640 está dispuesto en la parte inferior del revestimiento del dispositivo de carga rotativo 10, más precisamente, en la periferia inferior de la parte de reborde inferior 26 del soporte 14 rotativo. Por tanto, el circuito de enfriamiento rotativo 630 está conectado al elemento de transferencia de calor rotativo 642 en esta zona inferior. Como se entenderá, la configuración real del circuito de enfriamiento rotativo 630 puede ser cualquiera de las descritas anteriormente haciendo referencia a las figuras 6-10 o una combinación de las mismas. El circuito de enfriamiento estacionario 632 está conectado al elemento de transferencia de calor estacionario 644 también en la zona inferior del alojamiento 18 estacionario. Tal como se describió anteriormente, el elemento de transferencia de calor estacionario 644 se enfría mediante un fluido de enfriamiento que fluye a través del circuito de enfriamiento estacionario 632, mientras que el calor se transfiere, desde los componentes del dispositivo de carga 10 que requieren enfriamiento, hasta el elemento de transferencia de calor rotativo 642 mediante un fluido de enfriamiento que se hace circular en el circuito de enfriamiento rotativo 630. En virtud del dispositivo de transferencia de calor 640, este último fluido de enfriamiento está separado de y no se mezcla con el fluido de enfriamiento en el circuito de enfriamiento estacionario 632. Tal como se apreciará, en la forma de realización según la figura 11, un diámetro aumentado del dispositivo de transferencia de calor generalmente anular 640 permite un área total más grande de las superficies enfrentadas de los elementos 642, 644, y por consiguiente una transferencia de calor aumentada en comparación con la realización de la figura 1.
La figura 12 representa el dispositivo de transferencia de calor 640 de la figura 11 en más detalle. Tal como se observa en la figura 12, los elementos de transferencia de calor rotativo y estacionario 642 y 644 comprenden salientes 643 respectivamente 645 configurados para entrelazarse y crear entre los mismos una zona pequeña de transferencia de calor 646 de sección transversal vertical en serpenteo. Durante el funcionamiento, la transferencia de calor desde el elemento rotativo 642 hasta el elemento estacionario 644, especialmente desde los salientes 643 hasta los salientes 645, se consigue a través de la zona de transferencia de calor 646. Como se entenderá, esta transferencia de calor se produce mediante convección y/o radiación en el medio de la zona de transferencia de calor 646. Cada elemento de transferencia de calor 642 y 644 comprende una parte de base 651 respectivamente 653 en forma de anillo anular macizo dispuesto en simetría rotacional en el eje A. Los salientes 643 y 645 sobresalen transversalmente desde su parte de base 651 respectivamente 653, en caso de la figura 12, verticalmente hacia el otro elemento de transferencia de calor yuxtapuesto. Canales internos 652 en la parte de base 651 del elemento de transferencia de calor rotativo 642 están conectados al circuito de enfriamiento rotativo 630 mediante conducciones de conexión 655, tal como se observa en la figura 12. De forma similar, las conducciones de conexión 657 conectan un canal interno 654 en la parte de base 653 del elemento de transferencia de calor estacionario 644 al circuito de enfriamiento estacionario 632.
En la figura 12, los elementos de transferencia de calor 642, 644 están dispuestos dentro de una cuba 690 anular de contención de un líquido térmicamente conductor como fluido de acoplamiento en la zona de transferencia de calor 646 entre los elementos 642, 644 y entre sus salientes 643, 645. Instalando el dispositivo de transferencia de calor 640 dentro de la cuba 690, los dos elementos 642, 644 pueden sumergirse en el líquido conductor de calor para aumentar la transferencia de calor entre los mismos. Tal como se observa en la figura 12, la cuba 690 está fijada en rotación con el elemento de transferencia de calor rotativo 642 y también soporta a este último en la parte de reborde inferior 26. Tal como puede observarse además en la figura 12, cada elemento de transferencia de calor 642, 644 está provisto de una cubierta 692 ó 694 respectiva configurada como campana en forma de tejado con una superficie superior inclinada. Las cubiertas 692, 694 están dispuestas adyacentes, dejando entre las mismas sólo un pequeño hueco que permite la rotación relativa. Las cubiertas 692, 694 permiten reducir la superficie del líquido conductor de calor en la zona de transferencia de calor 646 expuesta a polvo en suspensión. Parte de la cubierta estacionaria 694 está dispuesta para solapar a la cubierta rotativa 692 para reducir la penetración de polvo (por ejemplo polvo del horno) en el líquido en la zona de transferencia de calor 646. Para ello, la pared lateral exterior de la cuba 690 se extiende hacia arriba de manera adyacente a lo largo del elemento de transferencia de calor estacionario 644 y su cubierta 694. Aunque no se muestra en la figura 12, el lado inferior de la cuba 690, expuesto al interior del horno, está provisto preferentemente de un aislamiento térmico adecuado para reducir la cantidad de calor transferido al dispositivo de transferencia de calor 640 a través de las paredes de la cuba 690.
La figura 13 representa parcialmente la construcción anular de los elementos de transferencia de calor 642, 644. Más precisamente, las partes de base 651 y 653 y sus salientes 643 y 645 respectivos están representados en parte en la figura 13. Cada saliente 643, 645 presenta la forma de una banda anular comparativamente plana. Los salientes se fijan de manera alternativa, por ejemplo mediante soldadura, a la parte de base rotativa 651 o la parte de base estacionaria 653. Puesto que debe garantizarse una rotación relativa libre de obstáculos, los salientes 643, 645, y por consiguiente también la zona de transferencia de calor 646, presentan una disposición rotacionalmente simétrica de manera esencial respecto al eje de rotación A. El diámetro respectivo de cada saliente 643, 645 disminuye hacia el eje A. Puede indicarse, que con fines paliativos, el saliente más interno del elemento de transferencia de calor rotativo 642 no está representado en la vista parcial de las figuras 13 y 14.
La figura 14 representa parcialmente los elementos de transferencia de calor 642 y 644 en estado desensamblado. Como puede apreciarse a partir de la figura 14, cada saliente en forma de banda anular 643, 645 está provisto respectivamente de una pluralidad de orificios pasantes 696 transversales distribuidos de manera circunferencial. Tal como se apreciará, los orificios pasantes 696, durante la rotación del soporte 14 rotativo, permiten crear una turbulencia en el fluido de acoplamiento en la zona de transferencia de calor 646, por ejemplo en el líquido térmicamente conductor contenido en la cuba 690. También se apreciará que la turbulencia en el fluido de acoplamiento entre los elementos 642, 644 aumenta la transferencia de calor que puede conseguirse mediante el dispositivo de transferencia de calor 640. Aunque no se muestra en los dibujos, no es necesario que los salientes 643, 645 presenten una forma de tipo banda. De hecho, para conseguir una turbulencia, pueden utilizarse otros tipos de salientes, siempre que la superficie de transferencia de calor total sea suficiente, la rotación no resulte obstaculizada y se consiga una conexión térmica con el circuito de enfriamiento rotativo o estacionario respectivo 30 ó 32. Por ejemplo, podrían concebirse salientes en forma de banda con depresiones no penetrantes a cada lado, o filas anulares de barras o vástagos separados distribuidos de manera circunferencial que formen salientes, haciendo que sobresalgan de la parte de base respectiva del elemento rotativo o estacionario.
La figura 15 representa una sección transversal vertical del dispositivo de transferencia de calor 640 de la figura 12 en una sección diferente. Tal como se observa en la figura 12, una conducción de suministro 700 montada en el alojamiento 18 estacionario interrumpe uno de los salientes del elemento de transferencia de calor estacionario 644. La conducción de suministro 700 presenta una tobera de suministro 702 en su extremo inferior, dispuesta en la parte inferior de la cuba 690, próxima al elemento de transferencia de calor rotativo 642. La conducción de suministro 700 está conectada a una fuente de líquido térmicamente conductor mediante una válvula 704. Como se mencionó anteriormente, utilizando una detección de nivel adecuada que controle la válvula 704, la conducción de suministro 700 garantiza un rellenado automático de líquido térmicamente conductor en la zona de transferencia de calor 646. De este modo, se compensa la pérdida de líquido debida a la evaporación y se garantiza automáticamente un nivel de líquido suficiente.
La figura 16 representa una sección transversal vertical del dispositivo de transferencia de calor 640 de la figura 12 en otra sección diferente. La figura 16 representa una tobera de drenaje 706 conectada a una conducción de drenaje 708 instalada según la figura 15. En virtud de la presión del tragante del horno que aplica presión al líquido en la zona de transferencia de calor 646 por encima de la presión atmosférica, el líquido puede extraerse fácilmente abriendo simplemente una válvula correspondiente (normalmente cerrada) en la conducción de drenaje 708. Puede requerirse un drenaje del líquido cuando este último se ha contaminado en exceso con partículas de polvo o cuando se requiera limpiar los elementos de transferencia de calor 642, 644 para eliminar depósitos excesivos.
La figura 17 representa una sección transversal vertical del dispositivo de transferencia de calor 640 de la figura 12 en aún otra sección diferente. Tal como se observa en la figura 17, una tobera de limpieza 710 está dispuesta en el extremo de una conducción de limpieza correspondiente 712 provista de una válvula tal como se muestra en la figura 15. La tobera de limpieza 710 está configurada para proporcionar una descarga a alta presión mediante una pulverización dirigida horizontalmente. Puesto que el elemento de transferencia de calor rotativo 642 está dispuesto en la parte inferior de la cuba 690 estará más expuesto a depósitos de polvo u otra sedimentación. La configuración según la figura 12 facilita la limpieza del dispositivo de transferencia de calor 640 porque, cuando se hace rotar, todo el elemento de transferencia de calor rotativo 642 puede limpiarse fácilmente mediante una o varias toberas de limpieza 710. Por tanto, normalmente, no es necesario el desmontaje del dispositivo de transferencia de calor 640 con fines de limpieza. Durante la limpieza, el líquido de limpieza recogido en la zona de transferencia de calor 646, tal como el líquido térmicamente conductor, puede descargarse a través de la conducción de drenaje 708 de la figura 16 sin medidas adicionales aprovechándose de la presión del tragante del horno.
Aunque no se muestra explícitamente en los dibujos, se apreciará, que cuando se requiere, cualquiera de los sistemas de enfriamiento anteriores 12, 112, 212, 312, 412, 512 ó 612 incluye medios para enfriar el conducto 16 rotativo. De hecho, entre los componentes del dispositivo de carga 10, el conducto 16 rotativo es el más expuesto a la atmósfera interna del horno. Por tanto, si se requiere se incluye en el sistema de enfriamiento una disposición modificada para el enfriamiento del conducto similar a la dada a conocer en la patente US nº 5.252.063. En esta realización, el conducto de distribución rotativo 16 comprende una parte de circuito (no mostrada) para enfriar la superficie inferior de su cuerpo que está en conexión de fluido con el circuito de enfriamiento rotativo 30, 130, 230, 330, 430, 530 ó 630. La conexión se consigue, tal como se conoce por la patente US nº 5.252.063, a través de canales que pasan a través de árboles de suspensión mediante los que el conducto 16 está unido de manera pivotante al soporte 14 rotativo y a través de conectores rotativos adecuados. A diferencia de la patente US nº 5.252.063, según la presente invención, la parte de circuito para el enfriamiento del conducto es, sin embargo, una parte solidaria de la configuración de ciclo cerrado del circuito de enfriamiento rotativo 30, 130, 230, 330, 430, 530 ó 630.
En una variante adicional, en caso de utilizar el fluido de enfriamiento en el circuito de enfriamiento rotativo como líquido, este último puede utilizarse para suministrar a la zona de transferencia de calor 146, 446 en el dispositivo de transferencia de calor 140, 440 un líquido de acoplamiento 156, 456. Esto puede conseguirse mediante una detección de nivel y una válvula de suministro adecuada que controle el suministro de líquido al interior de la zona de transferencia de calor 146, 446. En este caso un depósito de suministro está montado preferentemente en la parte estacionaria del dispositivo de carga 10 para proporcionar líquido térmicamente conductor para compensar las pérdidas por evaporación del líquido de acoplamiento 156, 456.
Falta indicar que en cualquiera de las variantes y configuraciones anteriores, los elementos de transferencia de calor rotativos y estacionarios 42, 44; 142, 144; 242, 244; 342, 344; 442, 444; 542, 544; ó 642, 644; están realizados en un material que presenta una conductividad térmica elevada tal como plata, cobre o aluminio o una aleación adecuada que contiene uno o más de estos metales. Como se apreciará, un recubrimiento conductor de calor anticorrosión se aplica preferentemente a los elementos de transferencia de calor para aumentar su vida útil.
Finalmente, deberán recapitularse algunas ventajas que comparten los sistemas de enfriamiento anteriores. Debido a la disposición de ciclo cerrado del circuito de enfriamiento rotativo, se elimina la necesidad de un circuito independiente con una instalación de tratamiento de agua. El circuito de enfriamiento estacionario puede integrarse completamente en un circuito de enfriamiento de bucle cerrado ya previsto habitualmente en el horno. El sistema de enfriamiento carece de cualquier parte que se desgaste de manera notable. Se reducen la frecuencia de mantenimiento y los gastos. La caída de presión o la resistencia al flujo en el circuito de enfriamiento rotativo es menos crítica puesto que el fluido no se transporta exclusivamente por gravitación. Por tanto pueden utilizarse conducciones más económicas y fáciles de instalar, tales como tubos de cobre de pequeño diámetro adecuados para curvarlos manualmente. Puede aumentarse la temperatura de funcionamiento máxima del circuito de enfriamiento rotativo con respecto a la técnica anterior. De hecho, en primer lugar puede utilizarse un refrigerante más caro en el ciclo cerrado, por lo que se evita cualquier depósito perjudicial en el circuito de enfriamiento rotativo y en segundo lugar, debido a la configuración de circuito cerrado del circuito rotativo, el refrigerante en el mismo puede someterse a presión para aumentar su punto de vaporización.

Claims (15)

1. Dispositivo de carga rotativo (10) para un horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento (12; 112; 212; 312; 412; 512; 612),
en el que dicho dispositivo de carga rotativo comprende un soporte rotativo (14) para unos medios de distribución rotativos y un alojamiento estacionario (18) para dicho soporte rotativo; y
en el que dicho sistema de enfriamiento comprende un circuito de enfriamiento rotativo (30; 130; 230; 330; 430; 530; 630) fijado en rotación con dicho soporte rotativo y un circuito de enfriamiento estacionario (32; 632) en dicho alojamiento estacionario;
caracterizado porque presenta
un dispositivo de transferencia de calor (40; 140; 240; 340; 440; 540; 640) que incluye un elemento de transferencia de calor estacionario (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644) configurado para enfriarse mediante un fluido de enfriamiento que fluye a través de dicho circuito de enfriamiento estacionario y que incluye un elemento de transferencia de calor rotativo (42; 142; 242; 342; 442; 542; 642) configurado para calentarse mediante un fluido de enfriamiento separado que se hace circular en dicho circuito de enfriamiento rotativo, estando dispuestos dichos elementos de transferencia de calor en relación enfrentada y presentando entre los mismos una zona de transferencia de calor (146; 246; 346; 446; 546; 646) para conseguir la transferencia de calor mediante convección y/o radiación a través de dicha zona sin mezclar dichos fluidos de enfriamiento separados.
2. Dispositivo de carga según la reivindicación 1, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo (30; 130; 230; 330; 430; 530; 630) está configurado como circuito cerrado.
3. Dispositivo de carga según la reivindicación 2, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo (130) está configurado como circuito de convección natural de bucle cerrado.
4. Dispositivo de carga según la reivindicación 2, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo (330) comprende por lo menos un tubo térmico (376).
5. Dispositivo de carga según la reivindicación 2, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo está configurado como circuito de convección forzada de bucle cerrado (230), como ciclo de refrigeración por compresión de vapor de bucle cerrado (430) o como una unidad de enfriamiento de adsorción (530).
6. Dispositivo de carga según la reivindicación 5, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo comprende por lo menos una bomba (274; 574, 574') o compresor (474) que es impulsada/o eléctricamente, o bien mediante una batería alimentada por un generador accionado mediante la rotación de dicho soporte rotativo, mediante contactos deslizantes o mediante transferencia de corriente inductiva sin contacto, o mecánicamente mediante un mecanismo accionado mediante la rotación de dicho soporte rotativo.
7. Dispositivo de carga según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho circuito de enfriamiento estacionario (32) forma parte de un circuito de enfriamiento de bucle cerrado de dicho horno de cuba para llevar el calor transferido a dicho elemento de transferencia de calor estacionario.
8. Dispositivo de carga según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que por lo menos un rebaje (143; 243; 343; 443) está previsto en dicho elemento de transferencia de calor estacionario o rotativo y por lo menos un saliente (145; 245; 345; 445) correspondiente está previsto en dicho elemento de transferencia de calor rotativo o estacionario, ajustándose entre sí dicho rebaje y dicho saliente para proporcionar una sección transversal vertical en serpenteo a dicha zona de transferencia de calor.
9. Dispositivo de carga según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho elemento de transferencia de calor rotativo y dicho elemento de transferencia de calor estacionario comprenden cada uno una parte de base anular (651; 653) y por lo menos un saliente (643; 645) que sobresale de manera transversal de dicha parte de base, estando dispuestos dichos salientes en relación enfrentada y ajustándose entre sí para proporcionar una sección transversal vertical en serpenteo a dicha zona de transferencia de calor.
10. Dispositivo de carga según la reivindicación 8 ó 9, en el que dicha zona de transferencia de calor está rellena por lo menos parcialmente con un líquido térmicamente conductor (156) o una grasa térmicamente conductora.
11. Dispositivo de carga según la reivindicación 10, en el que por lo menos un saliente de dicho elemento de transferencia de calor rotativo y/o dicho elemento de transferencia de calor estacionario comprenden unos medios (696) para producir turbulencias en dicho líquido térmicamente conductor.
12. Dispositivo de carga según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el ancho transversal de dicha zona de transferencia de calor está comprendido en el intervalo de 0,5 a 3 mm.
13. Dispositivo de carga según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo comprende una parte de circuito para enfriar un conducto de distribución rotativa (16) soportado mediante dicho soporte rotativo.
14. Dispositivo de carga según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que dicho elemento de transferencia de calor estacionario y dicho elemento de transferencia de calor rotativo están dispuestos como anillos circulares, que se extienden preferentemente de manera esencial por toda la circunferencia alrededor del eje de rotación (A) de dicho soporte rotativo, comprendiendo dichos anillos unas superficies de transferencia de calor opuestas planas.
15. Alto horno que comprende un dispositivo de carga provisto de un sistema de enfriamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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